रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करती है:

1) अभिकारकों की प्रकृति।

2) अभिकर्मकों की संपर्क सतह।

3) अभिकारकों की सांद्रता।

4) तापमान।

5) उत्प्रेरक की उपस्थिति।

विषमांगी प्रतिक्रियाओं की दर भी इस पर निर्भर करती है:

ए) चरण पृथक्करण सतह का परिमाण (चरण पृथक्करण सतह में वृद्धि के साथ, विषम प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है);

बी) इंटरफेस में अभिकारकों की आपूर्ति की दर और इससे प्रतिक्रिया उत्पादों को हटाने की दर।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले कारक:

1. अभिकर्मकों की प्रकृति। यौगिकों में रासायनिक बंधों की प्रकृति, उनके अणुओं की संरचना द्वारा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई जाती है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के घोल से जिंक द्वारा हाइड्रोजन का निकलना एसिटिक एसिड के घोल की तुलना में बहुत तेजी से होता है, क्योंकि एच-सी 1 बॉन्ड की ध्रुवीयता सीएच 3 सीओओएच अणु में ओ-एच बॉन्ड से अधिक होती है। शब्द, इस तथ्य के कारण कि एचसीएल - एक मजबूत इलेक्ट्रोलाइट, और सीएच 3 सीओओएच एक जलीय घोल में एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है।

2. अभिकर्मक संपर्क सतह। अभिकारकों की संपर्क सतह जितनी बड़ी होती है, प्रतिक्रिया उतनी ही तेजी से आगे बढ़ती है। ठोस पदार्थों की सतह को पीसकर बढ़ाया जा सकता है, और घुलनशील पदार्थों के लिए उन्हें घोलकर बढ़ाया जा सकता है। समाधान में प्रतिक्रियाएं लगभग तुरंत होती हैं।

3. अभिकर्मकों की सांद्रता। एक अंतःक्रिया होने के लिए, एक सजातीय प्रणाली में अभिकारकों के कणों को टकराना चाहिए। वृद्धि के साथ अभिकारक सांद्रताप्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि प्रति इकाई आयतन में पदार्थ की मात्रा में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रियाशील पदार्थों के कणों के बीच टकराव की संख्या बढ़ जाती है। टक्करों की संख्या रिएक्टर के आयतन में अभिकारकों के कणों की संख्या के समानुपाती होती है, अर्थात उनकी मोलर सांद्रता।

मात्रात्मक रूप से, अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता व्यक्त की जाती है अभिनय जनता का कानून (गुल्डबर्ग और वेज, नॉर्वे, 1867): रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है।

प्रतिक्रिया के लिए:

एए + बीबी सीसी + डीडी

सामूहिक क्रिया के नियम के अनुसार प्रतिक्रिया दर बराबर होती है:

= के[ए]ए[बी]बी,(9)

जहां [ए] और [बी] प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता हैं;

क-प्रतिक्रिया दर स्थिर, जो अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर के बराबर है [A] = [B] = 1 mol/l।

प्रतिक्रिया दर स्थिरांक अभिकारकों की प्रकृति, तापमान पर निर्भर करता है, लेकिन पदार्थों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।

व्यंजक (9) कहलाता है प्रतिक्रिया का गतिज समीकरण। गतिज समीकरणों में गैसीय और घुले हुए पदार्थों की सांद्रता शामिल होती है, लेकिन इसमें ठोस पदार्थों की सांद्रता शामिल नहीं होती है:

2SO 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2SO 3 (g); υ = क 2 · [ओ 2];

CuO (टीवी।) + एच 2 (जी) \u003d क्यू (टीवी) + एच 2 ओ (जी); = के.

गतिज समीकरणों के अनुसार, यह गणना करना संभव है कि अभिकारकों की सांद्रता में परिवर्तन के साथ प्रतिक्रिया दर कैसे बदलती है।

उत्प्रेरक का प्रभाव।

5. प्रतिक्रिया तापमान।सक्रिय टकराव का सिद्धांत

रासायनिक अंतःक्रिया के प्राथमिक कार्य के लिए, प्रतिक्रियाशील कणों को एक दूसरे से टकराना चाहिए। हालांकि, हर टकराव के परिणामस्वरूप रासायनिक संपर्क नहीं होता है। रासायनिक संपर्क तब होता है जब कण दूरी पर पहुंचते हैं जिस पर इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण और नए रासायनिक बंधनों का उदय संभव होता है। परस्पर क्रिया करने वाले कणों में उनके इलेक्ट्रॉन कोशों के बीच उत्पन्न होने वाली प्रतिकारक शक्तियों को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए।

संक्रमण की स्थिति- प्रणाली की स्थिति, जिसमें एक कनेक्शन का विनाश और निर्माण संतुलित होता है। सिस्टम कम (10 -15 s) समय के लिए संक्रमण अवस्था में है। तंत्र को संक्रमण अवस्था में लाने के लिए आवश्यक ऊर्जा कहलाती है सक्रियण ऊर्जा। मल्टीस्टेप प्रतिक्रियाओं में जिसमें कई संक्रमण राज्य शामिल हैं, सक्रियण ऊर्जा उच्चतम ऊर्जा मूल्य से मेल खाती है। संक्रमण अवस्था पर काबू पाने के बाद, अणु पुराने बंधनों के विनाश और नए बनने या मूल बंधनों के परिवर्तन के साथ फिर से अलग हो जाते हैं। दोनों विकल्प संभव हैं, क्योंकि वे ऊर्जा की रिहाई के साथ होते हैं। ऐसे पदार्थ हैं जो किसी दी गई प्रतिक्रिया के लिए सक्रियण ऊर्जा को कम कर सकते हैं।

सक्रिय अणु ए 2 और बी 2 टक्कर पर एक मध्यवर्ती सक्रिय परिसर ए 2 ... बी 2 में कमजोर हो जाते हैं और फिर ए-ए और बी-बी बॉन्ड को तोड़ते हैं और ए-बी बॉन्ड को मजबूत करते हैं।

एनआई गठन प्रतिक्रिया (168 केजे/मोल) की "सक्रियण ऊर्जा" प्रारंभिक एच 2 और आई 2 अणुओं (571 केजे/मोल) में बंधन को पूरी तरह से तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा से बहुत कम है। इसलिए, गठन के माध्यम से प्रतिक्रिया पथ सक्रिय (सक्रिय) जटिलमूल अणुओं में बंधों के पूर्ण विराम के माध्यम से पथ की तुलना में ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल। अधिकांश प्रतिक्रियाएं मध्यवर्ती सक्रिय परिसरों के गठन के माध्यम से होती हैं। सक्रिय जटिल सिद्धांत के प्रावधान XX सदी के 30 के दशक में जी। आइरिंग और एम। पोलीनी द्वारा विकसित किए गए थे।

सक्रियण ऊर्जाटकराने वाले कणों के रासायनिक परिवर्तन के लिए आवश्यक औसत ऊर्जा के सापेक्ष कणों की गतिज ऊर्जा की अधिकता का प्रतिनिधित्व करता है। प्रतिक्रियाओं को सक्रियण ऊर्जा के विभिन्न मूल्यों की विशेषता है (ई ए)।ज्यादातर मामलों में, तटस्थ अणुओं के बीच रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सक्रियता ऊर्जा 80 से 240 kJ/mol तक होती है। जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए मूल्य ई एअक्सर कम - 20 kJ / mol तक। यह इस तथ्य से समझाया जा सकता है कि जैव रासायनिक प्रक्रियाओं का विशाल बहुमत एंजाइम-सब्सट्रेट परिसरों के चरण के माध्यम से आगे बढ़ता है। ऊर्जा बाधाएं प्रतिक्रिया को सीमित करती हैं। इसके कारण, सिद्धांत रूप में, संभावित प्रतिक्रियाएं (पर .) क्यू< 0) практически всегда не протекают или замедляются. Реакции с энергией активации выше 120 кДж/моль настолько медленны, что их протекание трудно заметить.

प्रतिक्रिया होने के लिए, अणुओं को एक निश्चित तरीके से उन्मुख होना चाहिए और टक्कर पर पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए। टक्कर में उचित अभिविन्यास की संभावना की विशेषता है सक्रियण एन्ट्रापी ∆एस ए. सक्रिय परिसर में इलेक्ट्रॉन घनत्व का पुनर्वितरण इस स्थिति के पक्ष में है कि, टकराव पर, अणु ए 2 और बी 2 उन्मुख होते हैं, जैसा कि अंजीर में दिखाया गया है। 3 ए, जबकि अंजीर में दिखाए गए अभिविन्यास के साथ। 3 बी, प्रतिक्रिया की संभावना अभी भी बहुत कम है - अंजीर में। 3सी.

चावल। अंजीर। 3. अनुकूल (ए) और प्रतिकूल (बी, सी) टकराव पर ए 2 और बी 2 अणुओं का झुकाव

तापमान, सक्रियण ऊर्जा और सक्रियण एन्ट्रापी पर दर और प्रतिक्रिया की निर्भरता को दर्शाने वाले समीकरण का रूप है:

(10)

कहाँ पे क-प्रतिक्रिया दर स्थिर;

लेकिन- पहले सन्निकटन में, अणुओं के बीच प्रति इकाई समय (सेकंड) प्रति इकाई आयतन के बीच टकराव की कुल संख्या;

इ- प्राकृतिक लघुगणक का आधार;

आर- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक;

टी- निरपेक्ष तापमान;

ई ए- सक्रियण ऊर्जा;

∆एस ए- सक्रियण की एन्ट्रापी में परिवर्तन।

समीकरण (11) की व्युत्पत्ति 1889 में अरहेनियस ने की थी। पूर्व घातांक गुणक लेकिनप्रति इकाई समय में अणुओं के बीच कुल टक्करों की संख्या के समानुपाती होता है। इसका आयाम दर स्थिरांक के आयाम के साथ मेल खाता है और प्रतिक्रिया के कुल क्रम पर निर्भर करता है।

प्रदर्शकउनकी कुल संख्या से सक्रिय टकराव के अंश के बराबर है, अर्थात टकराने वाले अणुओं में पर्याप्त अंतःक्रियात्मक ऊर्जा होनी चाहिए। प्रभाव के समय उनके वांछित अभिविन्यास की संभावना आनुपातिक है।

वेग (9) के लिए द्रव्यमान क्रिया के नियम पर चर्चा करते समय, यह विशेष रूप से निर्धारित किया गया था कि दर स्थिरांक एक स्थिर मान है जो अभिकर्मकों की सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है। यह माना गया कि सभी रासायनिक परिवर्तन एक स्थिर तापमान पर होते हैं। इसी समय, तापमान में कमी या वृद्धि के साथ रासायनिक परिवर्तन की दर महत्वपूर्ण रूप से बदल सकती है। द्रव्यमान क्रिया के नियम के दृष्टिकोण से, वेग में यह परिवर्तन दर स्थिरांक के तापमान पर निर्भरता के कारण होता है, क्योंकि अभिकारकों की सांद्रता केवल तापीय विस्तार या तरल के संकुचन के कारण थोड़ी ही बदलती है।

सबसे प्रसिद्ध तथ्य यह है कि बढ़ते तापमान के साथ प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। इस प्रकार के तापमान पर वेग की निर्भरता कहलाती है सामान्य (चित्र 3ए)। इस प्रकार की निर्भरता सभी सरल प्रतिक्रियाओं की विशेषता है।

चावल। 3. रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर पर तापमान निर्भरता के प्रकार: ए - सामान्य;

बी - असामान्य; सी - एंजाइमेटिक

हालाँकि, वर्तमान में, रासायनिक परिवर्तन सर्वविदित हैं, जिसकी दर बढ़ते तापमान के साथ घट जाती है; दर की इस प्रकार की तापमान निर्भरता को कहा जाता है नियमविरूद्ध . एक उदाहरण ब्रोमीन (छवि 3 बी) के साथ नाइट्रोजन (II) ऑक्साइड की गैस-चरण प्रतिक्रिया है।

चिकित्सकों के लिए विशेष रुचि एंजाइमैटिक प्रतिक्रियाओं की दर की तापमान निर्भरता है, अर्थात। एंजाइमों को शामिल करने वाली प्रतिक्रियाएं। शरीर में होने वाली लगभग सभी प्रतिक्रियाएं इसी वर्ग की होती हैं। उदाहरण के लिए, उत्प्रेरक एंजाइम की उपस्थिति में हाइड्रोजन पेरोक्साइड के अपघटन में, अपघटन की दर तापमान पर निर्भर करती है। 273-320 . की सीमा में प्रतितापमान पर निर्भरता सामान्य है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, गति बढ़ती है, और जैसे-जैसे तापमान घटता है, यह घटता जाता है। जब तापमान 320 . से ऊपर चला जाता है प्रतिपेरोक्साइड अपघटन दर में एक तेज विषम गिरावट है। इसी तरह की तस्वीर अन्य एंजाइमेटिक प्रतिक्रियाओं (छवि 3 सी) के लिए होती है।

अरहेनियस समीकरण से कयह स्पष्ट है कि, चूंकि टीघातांक में शामिल, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर तापमान में परिवर्तन के प्रति बहुत संवेदनशील होती है। तापमान पर एक सजातीय प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को वान्ट हॉफ नियम द्वारा व्यक्त किया जा सकता है, जिसके अनुसार प्रत्येक 10 ° के लिए तापमान में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर 2-4 गुना बढ़ जाती है;तापमान में 10 डिग्री की वृद्धि के साथ दी गई प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बढ़ती है, यह दर्शाने वाली संख्या कहलाती है प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक -γ.

यह नियम गणितीय रूप से निम्नलिखित सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:

(12)

जहां तापमान गुणांक है, जो दर्शाता है कि तापमान में 10 0 की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ जाती है; 1 -टी 1 ; 2 -तापमान पर प्रतिक्रिया दर टी2.

जैसे-जैसे तापमान एक अंकगणितीय प्रगति में बढ़ता है, गति तेजी से बढ़ती है।

उदाहरण के लिए, यदि = 2.9, तो तापमान में 100 ° की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर 2.9 10 के कारक से बढ़ जाती है, अर्थात। 40 हजार बार। इस नियम से विचलन जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं हैं, जिनकी दर तापमान में मामूली वृद्धि के साथ दस गुना बढ़ जाती है। यह नियम केवल मोटे सन्निकटन में ही मान्य है। बड़े अणुओं (प्रोटीन) को शामिल करने वाली प्रतिक्रियाओं को एक बड़े तापमान गुणांक की विशेषता होती है। 10 डिग्री सेल्सियस के तापमान में वृद्धि के साथ प्रोटीन विकृतीकरण (अंडाकार) की दर 50 गुना बढ़ जाती है। एक निश्चित अधिकतम (50-60 डिग्री सेल्सियस) तक पहुंचने के बाद, प्रोटीन के थर्मल विकृतीकरण के परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया दर तेजी से घट जाती है।

कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए, वेग के लिए द्रव्यमान क्रिया का नियम अज्ञात है। ऐसे मामलों में, रूपांतरण दर की तापमान निर्भरता का वर्णन करने के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्ति का उपयोग किया जा सकता है:

पूर्व-घातांक ए के साथतापमान पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन एकाग्रता पर निर्भर करता है। माप की इकाई mol/l∙s है।

सैद्धांतिक निर्भरता किसी भी तापमान पर वेग की पूर्व-गणना करना संभव बनाती है यदि सक्रियण ऊर्जा और पूर्व-घातांक ज्ञात हो। इस प्रकार, रासायनिक परिवर्तन की दर पर तापमान के प्रभाव की भविष्यवाणी की जाती है।

जटिल प्रतिक्रियाएं

स्वाधीनता का सिद्धांत।ऊपर चर्चा की गई हर चीज अपेक्षाकृत सरल प्रतिक्रियाओं को संदर्भित करती है, लेकिन तथाकथित जटिल प्रतिक्रियाएं अक्सर रसायन विज्ञान में सामने आती हैं। इन प्रतिक्रियाओं में नीचे चर्चा की गई प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। इन प्रतिक्रियाओं के लिए गतिज समीकरण प्राप्त करते समय, स्वतंत्रता के सिद्धांत का उपयोग किया जाता है: यदि प्रणाली में कई प्रतिक्रियाएं होती हैं, तो उनमें से प्रत्येक दूसरों से स्वतंत्र होती है और इसकी दर इसके अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है।

समानांतर प्रतिक्रियाएंप्रतिक्रियाएं हैं जो एक साथ कई दिशाओं में होती हैं।

पोटेशियम क्लोरेट का थर्मल अपघटन दो प्रतिक्रियाओं में एक साथ होता है:

लगातार प्रतिक्रियाएंप्रतिक्रियाएं हैं जो कई चरणों में आगे बढ़ती हैं। रसायन शास्त्र में ऐसी कई प्रतिक्रियाएं हैं।

.

संबंधित प्रतिक्रियाएं।यदि तंत्र में कई प्रतिक्रियाएं होती हैं और उनमें से एक दूसरे के बिना नहीं हो सकती है, तो इन प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है संयुग्मित , और घटना ही प्रेरण द्वारा .

2HI + H 2 CrO 4 → I 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O।

यह प्रतिक्रिया व्यावहारिक रूप से सामान्य परिस्थितियों में नहीं देखी जाती है, लेकिन यदि सिस्टम में FeO जोड़ा जाता है, तो निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

FeO + H 2 CrO 4 → Fe 2 O 3 + Cr 2 O 3 + H 2 O

और पहली प्रतिक्रिया इसके साथ जाती है। इसका कारण पहली प्रतिक्रिया में शामिल मध्यवर्ती उत्पादों की दूसरी प्रतिक्रिया में गठन है:

FeO 2 + H 2 CrO 4 → Cr 2 O 3 + Fe 5+;

HI + Fe 5+ → Fe 2 O 3 + I 2 + H 2 O।

रासायनिक प्रेरण- एक घटना जिसमें एक रासायनिक प्रतिक्रिया (माध्यमिक) दूसरे (प्राथमिक) पर निर्भर करती है।

ए+ पर- मुख्यप्रतिक्रिया,

ए + सी- माध्यमिकप्रतिक्रिया,

तब A एक उत्प्रेरक है, पर- प्रारंभ करनेवाला, सी - स्वीकर्ता।

रासायनिक प्रेरण के दौरान, उत्प्रेरण के विपरीत, प्रतिक्रिया में सभी प्रतिभागियों की सांद्रता कम हो जाती है।

प्रेरण कारकनिम्नलिखित समीकरण से निर्धारित होता है:

.

प्रेरण कारक के मूल्य के आधार पर, निम्नलिखित मामले संभव हैं।

मैं> 0 - लुप्त होती प्रक्रिया। प्रतिक्रिया दर समय के साथ घटती जाती है।

मैं < 0 - ускоряющийся процесс. Скорость реакции увеличи­вается со временем.

प्रेरण की घटना महत्वपूर्ण है क्योंकि कुछ मामलों में प्राथमिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा माध्यमिक प्रतिक्रिया में खर्च की गई ऊर्जा की भरपाई कर सकती है। इस कारण से, उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड के पॉलीकोंडेशन द्वारा प्रोटीन को संश्लेषित करना थर्मोडायनामिक रूप से संभव है।

श्रृंखला प्रतिक्रियाएं।यदि एक रासायनिक प्रतिक्रिया सक्रिय कणों (आयनों, रेडिकल्स) के निर्माण के साथ आगे बढ़ती है, जो बाद की प्रतिक्रियाओं में प्रवेश करके नए सक्रिय कणों की उपस्थिति का कारण बनती है, तो प्रतिक्रियाओं का ऐसा क्रम कहलाता है श्रृंखला अभिक्रिया.

मुक्त कणों का निर्माण एक अणु में बंधनों को तोड़ने के लिए ऊर्जा के खर्च से जुड़ा होता है। यह ऊर्जा अणुओं को रोशनी, विद्युत निर्वहन, हीटिंग, न्यूट्रॉन के साथ विकिरण, α- और β-कणों द्वारा प्रदान की जा सकती है। कम तापमान पर श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए, सर्जक को प्रतिक्रियाशील मिश्रण में पेश किया जाता है - ऐसे पदार्थ जो आसानी से रेडिकल बनाते हैं: सोडियम वाष्प, कार्बनिक पेरोक्साइड, आयोडीन, आदि।

प्रकाश द्वारा सक्रिय सरल यौगिकों से हाइड्रोजन क्लोराइड के निर्माण की प्रतिक्रिया।

कुल प्रतिक्रिया:

एच 2 + सी 1 2 2 एचसी 1।

अलग चरण:

l 2 2Сl∙ क्लोरीन की फोटोएक्टिवेशन (दीक्षा)

सीएल + एच 2 \u003d एचसीएल + एच श्रृंखला विकास

एच + सीएल 2 \u003d एचसीएल + सीएल , आदि।

एच ∙ + सीएल ∙ \u003d एचसीएल ओपन सर्किट

यहाँ H∙ और Сl∙ सक्रिय कण (कट्टरपंथी) हैं।

इस प्रतिक्रिया तंत्र में प्राथमिक चरणों के तीन समूहों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है। पहली एक फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया है श्रृंखला उत्पत्ति. क्लोरीन अणु, प्रकाश की एक मात्रा को अवशोषित करने के बाद, एक उच्च प्रतिक्रियाशीलता के साथ मुक्त परमाणुओं में अलग हो जाते हैं। इस प्रकार, जब एक श्रृंखला न्यूक्लियेटेड होती है, तो वैलेंस-संतृप्त अणुओं से मुक्त परमाणु या रेडिकल बनते हैं। श्रृंखला निर्माण प्रक्रिया को भी कहा जाता है दीक्षा. क्लोरीन परमाणु, अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले, आणविक हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करने में सक्षम होते हैं, जिससे हाइड्रोजन क्लोराइड और परमाणु हाइड्रोजन के अणु बनते हैं। परमाणु हाइड्रोजन, बदले में, क्लोरीन अणु के साथ संपर्क करता है, जिसके परिणामस्वरूप हाइड्रोजन क्लोराइड अणु और परमाणु क्लोरीन फिर से बनते हैं, आदि।

इन प्रक्रियाओं, एक ही प्रारंभिक चरणों (लिंक) की पुनरावृत्ति और मुक्त कणों के संरक्षण के साथ आगे बढ़ने की विशेषता, प्रारंभिक पदार्थों की खपत और प्रतिक्रिया उत्पादों के गठन की ओर ले जाती है। प्रतिक्रियाओं के इन समूहों को कहा जाता है श्रृंखला के विकास (या निरंतरता) की प्रतिक्रियाएं।

श्रृंखला अभिक्रिया का वह चरण जिसमें मुक्त कण नष्ट हो जाते हैं, कहलाते हैं चेन ब्रेक. मुक्त कणों के पुनर्संयोजन के परिणामस्वरूप श्रृंखला समाप्ति हो सकती है, यदि इस मामले में जारी ऊर्जा किसी तीसरे शरीर को दी जा सकती है: पोत की दीवार या निष्क्रिय अशुद्धियों के अणु (चरण 4, 5)। यही कारण है कि श्रृंखला प्रतिक्रियाओं की दर, विशेष रूप से कम दबाव पर, बर्तन के आकार और आयामों के लिए अशुद्धियों की उपस्थिति के प्रति बहुत संवेदनशील होती है।

श्रृंखला के जन्म से लेकर उसके टूटने तक की प्रारंभिक कड़ियों की संख्या को श्रृंखला की लंबाई कहा जाता है। विचाराधीन उदाहरण में, प्रत्येक प्रकाश क्वांटम के लिए 10 5 एचसीएल अणु बनते हैं।

श्रृंखला प्रतिक्रियाएं, जिसके दौरान मुक्त कणों की संख्या का कोई "गुणा" नहीं होता है, कहलाते हैं अशाखित या सरल श्रृंखला प्रतिक्रियाएं . अशाखित श्रृंखला प्रक्रिया के प्रत्येक प्रारंभिक चरण में, एक रेडिकल प्रतिक्रिया उत्पाद के एक अणु को "जन्म देता है" और केवल एक नया रेडिकल (चित्र। 41)।

सरल श्रृंखला अभिक्रियाओं के अन्य उदाहरण: क) पैराफिनिक हाइड्रोकार्बन का क्लोरीनीकरण Cl + CH 4 → CH 3 ∙ + HC1; सीएच 3 + सीएल - → सीएच 3 सीएल + सीएल ∙ आदि; बी) कट्टरपंथी पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाएं, उदाहरण के लिए, बेंज़ोयल पेरोक्साइड की उपस्थिति में विनाइल एसीटेट का पोलीमराइज़ेशन, जो आसानी से रेडिकल में विघटित हो जाता है; सी) ब्रोमीन के साथ हाइड्रोजन की बातचीत, हाइड्रोजन के साथ क्लोरीन की प्रतिक्रिया के समान तंत्र के अनुसार आगे बढ़ना, केवल इसकी एंडोथर्मिकता के कारण छोटी श्रृंखला लंबाई के साथ।

यदि दो या दो से अधिक सक्रिय कण वृद्धि के कार्य के परिणामस्वरूप प्रकट होते हैं, तो यह श्रृंखला प्रतिक्रिया शाखित होती है।

1925 में, एन.एन. सेमेनोव और उनके सहयोगियों ने प्राथमिक चरणों वाली प्रतिक्रियाओं की खोज की, जिसके परिणामस्वरूप एक नहीं, बल्कि कई रासायनिक रूप से सक्रिय कण, परमाणु या रेडिकल उत्पन्न होते हैं। कई नए मुक्त कणों की उपस्थिति कई नई श्रृंखलाओं की उपस्थिति की ओर ले जाती है, अर्थात। एक चेन कांटे। ऐसी प्रक्रियाओं को शाखित श्रृंखला अभिक्रिया कहा जाता है (चित्र 42)।

अत्यधिक शाखित श्रृंखला प्रक्रिया का एक उदाहरण कम दबाव और लगभग 900 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण है। प्रतिक्रिया तंत्र को निम्नानुसार लिखा जा सकता है।

1. एच 2 + ओ 2 ओएच∙ + ओएच∙ श्रृंखला दीक्षा

2. ओएच + एच 2 → एच 2 ओ + एच श्रृंखला विकास

3. एच ∙ + ओ 2 → ओएच ∙ + ओ: चेन ब्रांचिंग

4. ओ: + एच 2 → ओएच + एच ∙

5. ओएच + एच 2 → एच 2 ओ + एच श्रृंखला निरंतरता

6. एच∙ + एच∙ + दीवार → एच 2 पोत की दीवार पर खुला सर्किट

7. एच + ओ 2 + एम → एचओ 2 ∙ + एम श्रृंखला समाप्ति थोक में।

M एक अक्रिय अणु है। HO 2 रेडिकल, जो एक ट्रिपल टक्कर के दौरान बनता है, निष्क्रिय है और श्रृंखला को जारी नहीं रख सकता है।

प्रक्रिया के पहले चरण में, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल बनते हैं, जो एक सरल श्रृंखला का विकास प्रदान करते हैं। तीसरे चरण में, एक रेडिकल के प्रारंभिक अणु के साथ बातचीत के परिणामस्वरूप, दो रेडिकल बनते हैं, और ऑक्सीजन परमाणु में दो मुक्त वैलेंस होते हैं। यह श्रृंखला की शाखा प्रदान करता है।

चेन ब्रांचिंग के परिणामस्वरूप, प्रारंभिक अवधि में प्रतिक्रिया दर तेजी से बढ़ जाती है, और प्रक्रिया श्रृंखला प्रज्वलन-विस्फोट के साथ समाप्त होती है। हालांकि, ब्रांच्ड चेन रिएक्शन एक विस्फोट में तभी समाप्त होता है जब ब्रांचिंग रेट चेन टर्मिनेशन रेट से अधिक हो। अन्यथा, प्रक्रिया धीमी है।

जब प्रतिक्रिया की स्थिति बदलती है (दबाव, तापमान, मिश्रण संरचना, आकार और प्रतिक्रिया पोत की दीवारों की स्थिति, आदि में परिवर्तन), एक धीमी प्रतिक्रिया से एक विस्फोट में संक्रमण हो सकता है और इसके विपरीत। इस प्रकार, श्रृंखला प्रतिक्रियाओं में सीमित (महत्वपूर्ण) अवस्थाएँ होती हैं जिनमें श्रृंखला प्रज्वलन होता है, जिससे किसी को थर्मल प्रज्वलन को अलग करना चाहिए जो कि खराब गर्मी हटाने के साथ प्रतिक्रियाशील मिश्रण के लगातार बढ़ते ताप के परिणामस्वरूप एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं में होता है।

एक शाखित श्रृंखला तंत्र के अनुसार, सल्फर, फास्फोरस, कार्बन मोनोऑक्साइड (II), कार्बन डाइसल्फ़ाइड, आदि के ऑक्सीकृत वाष्प होते हैं।

श्रृंखला प्रक्रियाओं का आधुनिक सिद्धांत नोबेल पुरस्कार विजेताओं (1956) सोवियत शिक्षाविद एन.एन. सेमेनोव और अंग्रेजी वैज्ञानिक हिंशेलवुड द्वारा विकसित किया गया था।

श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं से अलग किया जाना चाहिए, हालांकि उत्तरार्द्ध भी प्रकृति में चक्रीय हैं। श्रृंखला अभिक्रियाओं और उत्प्रेरक अभिक्रियाओं के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर यह है कि एक श्रृंखला तंत्र के साथ, प्रतिक्रिया स्वतःस्फूर्त प्रतिक्रियाओं के कारण प्रणाली की ऊर्जा को बढ़ाने की दिशा में आगे बढ़ सकती है। एक उत्प्रेरक थर्मोडायनामिक रूप से असंभव प्रतिक्रिया का कारण नहीं बनता है। इसके अलावा, उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं में चेन न्यूक्लिएशन और चेन टर्मिनेशन जैसी कोई प्रक्रिया नहीं होती है।

पोलीमराइजेशन प्रतिक्रियाएं।एक श्रृंखला प्रतिक्रिया का एक विशेष मामला पोलीमराइजेशन प्रतिक्रिया है।

बहुलकीकरणएक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कम आणविक भार यौगिकों (मोनोमर्स) के साथ सक्रिय कणों (कट्टरपंथी, आयनों) की प्रतिक्रिया के साथ सामग्री श्रृंखला (अणु की लंबाई) की लंबाई में वृद्धि के साथ उत्तरार्द्ध का अनुक्रमिक जोड़ होता है। यानी, एक बहुलक के गठन के साथ।

मोनोमरकार्बनिक यौगिक हैं, एक नियम के रूप में, अणु की संरचना में असंतृप्त (डबल, ट्रिपल) बॉन्ड होते हैं।

पोलीमराइजेशन प्रक्रिया के मुख्य चरण:

1. दीक्षा(प्रकाश, गर्मी, आदि की क्रिया के तहत):

ए: ए→ए "+ ए"- रेडिकल्स (सक्रिय वैलेंस-असंतृप्त कण) के गठन के साथ होमोलिटिक अपघटन।

ए: बी→ ए - + बी +- आयनों के निर्माण के साथ हेटेरोलाइटिक अपघटन।

2. श्रृंखला वृद्धि: ए "+ एम→ पूर्वाह्न"

(या ए - + एम→ पूर्वाह्न",या पर + + एम→ वीएम +).

3. ओपन सर्किट: AM" + AM"→ बहुलक

(या एएम" + बी +→ बहुलक, वीएम + + ए"→ बहुलक)।

एक श्रृंखला प्रक्रिया की गति हमेशा एक गैर-श्रृंखला प्रक्रिया की तुलना में अधिक होती है।

उद्देश्य:एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर और विभिन्न कारकों पर इसकी निर्भरता का अध्ययन: अभिकारकों की प्रकृति, एकाग्रता, तापमान।

रासायनिक प्रतिक्रियाएं अलग-अलग दरों पर आगे बढ़ती हैं। एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दरप्रति इकाई समय में अभिकारक की सान्द्रता में परिवर्तन कहलाता है। यह एक सजातीय प्रणाली (सजातीय प्रतिक्रियाओं के लिए) में होने वाली प्रतिक्रिया के लिए प्रति इकाई समय प्रति इकाई मात्रा या विषम प्रणाली में होने वाली प्रतिक्रियाओं के लिए प्रति इकाई इंटरफ़ेस (विषम प्रतिक्रियाओं के लिए) के बराबर है।

औसत प्रतिक्रिया दर वी सीएफ. से समय अंतराल में t1इससे पहले t2संबंध द्वारा निर्धारित किया जाता है:

कहाँ पे 1 सेतथा 2 . सेसमय बिंदुओं पर प्रतिक्रिया में किसी भी भागीदार की दाढ़ एकाग्रता है t1तथा t2क्रमश।

अंश के सामने "-" चिन्ह प्रारंभिक पदार्थों की एकाग्रता को दर्शाता है, से < 0, знак “+” – к концентрации продуктов реакции, Δसे > 0.

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: अभिकारकों की प्रकृति, उनकी सांद्रता, दबाव (यदि गैसें प्रतिक्रिया में शामिल हैं), तापमान, उत्प्रेरक, विषम प्रतिक्रियाओं के लिए इंटरफ़ेस क्षेत्र।

अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाएं जटिल प्रक्रियाएं होती हैं जो कई चरणों में होती हैं, अर्थात। कई प्राथमिक प्रक्रियाओं से मिलकर। प्राथमिक या सरल प्रतिक्रियाएं वे प्रतिक्रियाएं होती हैं जो एक चरण में होती हैं।

प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के लिए, एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता सामूहिक क्रिया के नियम द्वारा व्यक्त की जाती है।

एक स्थिर तापमान पर, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर सीधे अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है, जो स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के बराबर शक्तियों में ली जाती है।

एक सामान्य प्रतिक्रिया के लिए

ए ए + बी बी ... → सी सी,

सामूहिक कार्रवाई के कानून के अनुसार वीसंबंध द्वारा व्यक्त किया जाता है

वी = केएस (ए) ए ∙ सी (बी) बी,

कहाँ पे सीए)तथा सी (बी)अभिकारकों ए और बी की दाढ़ सांद्रता हैं;

प्रतिइस प्रतिक्रिया की दर स्थिर है, के बराबर वी, यदि सी (ए) ए=1 और सी (बी) बी= 1, और विषम प्रतिक्रियाओं के लिए अभिकारकों, तापमान, उत्प्रेरक, इंटरफ़ेस के सतह क्षेत्र की प्रकृति के आधार पर।

अभिक्रिया दर की सान्द्रता पर निर्भरता को व्यक्त करना गतिज समीकरण कहलाता है।

जटिल प्रतिक्रियाओं के मामले में, सामूहिक कार्रवाई का नियम प्रत्येक व्यक्तिगत चरण पर लागू होता है।

विषम प्रतिक्रियाओं के लिए, गतिज समीकरण में केवल गैसीय और घुलित पदार्थों की सांद्रता शामिल होती है; हाँ, कोयला जलाने के लिए

सी (सी) + ओ 2 (जी) → सीओ 2 (जी)

वेग समीकरण का रूप है

वी \u003d के एस (ओ 2)

प्रतिक्रिया की आणविकता और गतिज क्रम के बारे में कुछ शब्द।

संकल्पना "प्रतिक्रिया की आणविकता"केवल साधारण प्रतिक्रियाओं पर लागू होता है। एक प्रतिक्रिया की आणविकता प्राथमिक बातचीत में भाग लेने वाले कणों की संख्या को दर्शाती है।

मोनो-, द्वि- और त्रिआण्विक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जिसमें क्रमशः एक, दो और तीन कण भाग लेते हैं। तीन कणों के एक साथ टकराने की संभावना कम है। तीन से अधिक कणों के परस्पर क्रिया की प्रारंभिक प्रक्रिया अज्ञात है। प्राथमिक प्रतिक्रियाओं के उदाहरण:

एन 2 ओ 5 → एनओ + एनओ + ओ 2 (मोनोमोलेक्यूलर)

एच 2 + आई 2 → 2HI (द्वि-आणविक)

2NO + Cl 2 → 2NOCl (ट्राइमोलेक्यूलर)

सरल प्रतिक्रियाओं की आणविकता प्रतिक्रिया के समग्र गतिज क्रम के साथ मेल खाती है। प्रतिक्रिया का क्रम एकाग्रता पर दर की निर्भरता की प्रकृति को निर्धारित करता है।

एक प्रतिक्रिया का समग्र (कुल) गतिज क्रम प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित प्रतिक्रिया दर समीकरण में अभिकारकों की सांद्रता पर घातांक का योग है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अधिकांश रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर बढ़ जाती है। तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता लगभग वैंट हॉफ नियम द्वारा निर्धारित की जाती है।

तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, अधिकांश प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 के कारक से बढ़ जाती है।

तापमान पर क्रमशः प्रतिक्रिया दर कहां और हैं t2तथा t1 (t2>t1);

γ प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक है, यह एक संख्या है जो दिखाती है कि तापमान में 10 0 की वृद्धि के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बढ़ जाती है।

वान्ट हॉफ नियम का उपयोग करके, केवल प्रतिक्रिया दर पर तापमान के प्रभाव का लगभग अनुमान लगाना संभव है। तापमान प्रतिक्रिया दर की निर्भरता का अधिक सटीक विवरण अरहेनियस सक्रियण सिद्धांत के ढांचे के भीतर संभव है।

रासायनिक प्रतिक्रिया को तेज करने के तरीकों में से एक उत्प्रेरण है, जो पदार्थों (उत्प्रेरक) की मदद से किया जाता है।

उत्प्रेरक- ये ऐसे पदार्थ हैं जो प्रतिक्रिया अभिकर्मकों के साथ मध्यवर्ती रासायनिक बातचीत में बार-बार भागीदारी के कारण रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को बदलते हैं, लेकिन मध्यवर्ती बातचीत के प्रत्येक चक्र के बाद वे अपनी रासायनिक संरचना को बहाल करते हैं।

उत्प्रेरक की क्रिया का तंत्र प्रतिक्रिया की सक्रियता ऊर्जा में कमी के लिए कम हो जाता है, अर्थात। सक्रिय अणुओं (सक्रिय परिसर) की औसत ऊर्जा और प्रारंभिक पदार्थों के अणुओं की औसत ऊर्जा के बीच अंतर में कमी। इससे रासायनिक अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है।

रासायनिक प्रतिक्रियाएं अलग-अलग गति से आगे बढ़ती हैं: कम गति पर - स्टैलेक्टाइट्स और स्टैलेग्माइट्स के निर्माण के दौरान, औसत गति से - खाना बनाते समय, तुरंत - एक विस्फोट के दौरान। जलीय विलयनों में अभिक्रियाएँ बहुत तेज होती हैं।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निर्धारित करना, साथ ही प्रक्रिया की शर्तों पर इसकी निर्भरता को स्पष्ट करना, रासायनिक कैनेटीक्स का कार्य है - समय में रासायनिक प्रतिक्रियाओं के पाठ्यक्रम को नियंत्रित करने वाले कानूनों का विज्ञान।

यदि रासायनिक प्रतिक्रियाएं एक सजातीय माध्यम में होती हैं, उदाहरण के लिए, समाधान में या गैस चरण में, तो प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की बातचीत पूरे मात्रा में होती है। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है सजातीय.

(v homog) को प्रति इकाई समय प्रति इकाई आयतन में पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है:

जहां n एक पदार्थ के मोलों की संख्या में परिवर्तन है (अक्सर प्रारंभिक एक, लेकिन यह प्रतिक्रिया उत्पाद भी हो सकता है); t - समय अंतराल (एस, मिनट); V गैस या विलयन (l) का आयतन है।

चूँकि पदार्थ की मात्रा का आयतन का अनुपात मोलर सांद्रण C है, तो

इस प्रकार, एक सजातीय प्रतिक्रिया की दर को प्रति इकाई समय में किसी एक पदार्थ की सांद्रता में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है:

यदि सिस्टम का वॉल्यूम नहीं बदलता है।

यदि एकत्रीकरण के विभिन्न राज्यों में पदार्थों के बीच प्रतिक्रिया होती है (उदाहरण के लिए, एक ठोस और गैस या तरल के बीच), या उन पदार्थों के बीच जो एक सजातीय माध्यम बनाने में असमर्थ हैं (उदाहरण के लिए, अमिश्रणीय तरल पदार्थ के बीच), तो यह केवल होता है पदार्थों की संपर्क सतह पर। ऐसी प्रतिक्रियाओं को कहा जाता है विजातीय.

इसे सतह की प्रति इकाई समय में पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन के रूप में परिभाषित किया गया है।

जहां एस पदार्थों के संपर्क का सतह क्षेत्र है (एम 2, सेमी 2)।

किसी पदार्थ की मात्रा में परिवर्तन जिसके द्वारा प्रतिक्रिया दर निर्धारित की जाती है, शोधकर्ता द्वारा देखा गया एक बाहरी कारक है। वास्तव में, सभी प्रक्रियाएं सूक्ष्म स्तर पर की जाती हैं। जाहिर है, कुछ कणों को प्रतिक्रिया करने के लिए, उन्हें सबसे पहले टकराना चाहिए, और प्रभावी ढंग से टकराना चाहिए: गेंदों की तरह अलग-अलग दिशाओं में बिखरने के लिए नहीं, बल्कि इस तरह से कि कणों में "पुराने बंधन" नष्ट हो जाते हैं या कमजोर हो जाते हैं और " नए" बन सकते हैं।", और इसके लिए कणों में पर्याप्त ऊर्जा होनी चाहिए।

गणना किए गए डेटा से पता चलता है कि, उदाहरण के लिए, गैसों में, वायुमंडलीय दबाव पर अणुओं की टक्कर अरबों प्रति 1 सेकंड में होती है, यानी सभी प्रतिक्रियाएं तुरंत चली जानी चाहिए थीं। लेकिन ऐसा नहीं है। यह पता चला है कि अणुओं के केवल एक बहुत छोटे अंश में प्रभावी टक्कर उत्पन्न करने के लिए आवश्यक ऊर्जा होती है।

एक प्रभावी टक्कर के लिए एक कण (या कणों की जोड़ी) में न्यूनतम अतिरिक्त ऊर्जा होनी चाहिए, कहलाती है सक्रियण ऊर्जाईए।

इस प्रकार, सभी कणों के प्रतिक्रिया में प्रवेश करने के रास्ते में, सक्रियण ऊर्जा E a के बराबर एक ऊर्जा अवरोध होता है। जब यह छोटा होता है, तो कई कण होते हैं जो इसे दूर कर सकते हैं, और प्रतिक्रिया दर अधिक होती है। अन्यथा, एक "धक्का" की आवश्यकता है। जब आप स्पिरिट लैंप को जलाने के लिए माचिस लाते हैं, तो आप अतिरिक्त ऊर्जा ई प्रदान करते हैं जो ऑक्सीजन अणुओं के साथ अल्कोहल के अणुओं के प्रभावी टकराव (बाधा पर काबू पाने) के लिए आवश्यक है।

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर कई कारकों पर निर्भर करती है। मुख्य हैं: अभिकारकों की प्रकृति और सांद्रता, दबाव (गैसों से जुड़ी प्रतिक्रियाओं में), तापमान, उत्प्रेरक की क्रिया और विषम प्रतिक्रियाओं के मामले में अभिकारकों की सतह।

तापमान

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, ज्यादातर मामलों में रासायनिक प्रतिक्रिया की दर काफी बढ़ जाती है। 19 वीं सदी में डच रसायनज्ञ जे.एक्स. वैंट हॉफ ने नियम तैयार किया:

प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस के लिए तापमान में वृद्धि से में वृद्धि होती हैप्रतिक्रिया की गति 2-4 गुना(इस मान को प्रतिक्रिया का तापमान गुणांक कहा जाता है)।

तापमान में वृद्धि के साथ, अणुओं का औसत वेग, उनकी ऊर्जा और टकरावों की संख्या थोड़ी बढ़ जाती है, लेकिन प्रतिक्रिया की ऊर्जा बाधा को दूर करने वाले प्रभावी टकरावों में भाग लेने वाले "सक्रिय" अणुओं का अनुपात तेजी से बढ़ता है। गणितीय रूप से, यह निर्भरता संबंध द्वारा व्यक्त की जाती है:

जहां वी टी 1 और वी टी 2 क्रमशः अंतिम टी 2 और प्रारंभिक टी 1 तापमान पर प्रतिक्रिया दर हैं, और γ प्रतिक्रिया दर का तापमान गुणांक है, जो दर्शाता है कि प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस की वृद्धि के साथ प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ती है तापमान।

हालांकि, प्रतिक्रिया दर बढ़ाने के लिए, तापमान में वृद्धि हमेशा लागू नहीं होती है, क्योंकि प्रारंभिक सामग्री विघटित होना शुरू हो सकती है, सॉल्वैंट्स या पदार्थ स्वयं वाष्पित हो सकते हैं, आदि।

एंडोथर्मिक और एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाएं

वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ मीथेन की प्रतिक्रिया के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी की रिहाई के लिए जाना जाता है। इसलिए, इसका उपयोग रोजमर्रा की जिंदगी में खाना पकाने, पानी गर्म करने और गर्म करने के लिए किया जाता है। पाइप के जरिए घरों में आपूर्ति की जाने वाली प्राकृतिक गैस में 98 फीसदी मीथेन होती है। पानी के साथ कैल्शियम ऑक्साइड (CaO) की प्रतिक्रिया के साथ बड़ी मात्रा में गर्मी भी निकलती है।

ये तथ्य क्या कह सकते हैं? जब प्रतिक्रिया उत्पादों में नए रासायनिक बंधन बनते हैं, अधिकअभिकारकों में रासायनिक बंधों को तोड़ने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है। अतिरिक्त ऊर्जा गर्मी और कभी-कभी प्रकाश के रूप में निकलती है।

सीएच 4 + 2 ओ 2 \u003d सीओ 2 + 2 एच 2 ओ + क्यू (ऊर्जा (प्रकाश, गर्मी));

सीएओ + एच 2 ओ \u003d सीए (ओएच) 2 + क्यू (ऊर्जा (गर्मी))।

इस तरह की प्रतिक्रियाएं आसानी से आगे बढ़नी चाहिए (जैसे पत्थर आसानी से नीचे की ओर लुढ़कता है)।

जिन अभिक्रियाओं में ऊर्जा मुक्त होती है, कहलाती हैं एक्ज़ोथिर्मिक(लैटिन "एक्सो" से - बाहर)।

उदाहरण के लिए, कई रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं एक्ज़ोथिर्मिक हैं। इन खूबसूरत प्रतिक्रियाओं में से एक एक ही नमक के अंदर होने वाली एक इंट्रामोल्युलर ऑक्सीकरण-कमी है - अमोनियम डाइक्रोमेट (एनएच 4) 2 सीआर 2 ओ 7:

(एनएच 4) 2 सीआर 2 ओ 7 \u003d एन 2 + सीआर 2 ओ 3 + 4 एच 2 ओ + क्यू (ऊर्जा)।

एक और बात है प्रतिक्रिया। वे एक पत्थर को ऊपर की ओर लुढ़कने के समान हैं। सीओ 2 और पानी से मीथेन प्राप्त करना अभी भी संभव नहीं है, और कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड सीए (ओएच) 2 से क्विकलाइम सीएओ प्राप्त करने के लिए मजबूत हीटिंग की आवश्यकता होती है। ऐसी प्रतिक्रिया केवल बाहर से ऊर्जा के निरंतर प्रवाह के साथ होती है:

सीए (ओएच) 2 \u003d सीएओ + एच 2 ओ - क्यू (ऊर्जा (गर्मी))

इससे पता चलता है कि Ca(OH) 2 में रासायनिक बंधों को तोड़ने के लिए CaO और H 2 O अणुओं में नए रासायनिक बंधों के निर्माण के दौरान जारी की जा सकने वाली ऊर्जा की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

वे अभिक्रियाएँ जिनमें ऊर्जा का अवशोषण होता है, कहलाती हैं एन्दोठेर्मिक("एंडो" से - अंदर)।

प्रतिक्रियाशील एकाग्रता

प्रतिक्रिया में गैसीय पदार्थों की भागीदारी के साथ दबाव में परिवर्तन से भी इन पदार्थों की एकाग्रता में परिवर्तन होता है।

कणों के बीच रासायनिक संपर्क होने के लिए, उन्हें प्रभावी ढंग से टकराना चाहिए। अभिकारकों की सांद्रता जितनी अधिक होती है, उतनी ही अधिक टक्कर होती है और तदनुसार, प्रतिक्रिया दर उतनी ही अधिक होती है। उदाहरण के लिए, एसिटिलीन शुद्ध ऑक्सीजन में बहुत जल्दी जलती है। यह धातु को पिघलाने के लिए पर्याप्त तापमान विकसित करता है। बड़ी मात्रा में प्रायोगिक सामग्री के आधार पर, 1867 में नॉर्वेजियन के। गुलडेनबर्ग और पी। वेगे, और उनमें से स्वतंत्र रूप से 1865 में, रूसी वैज्ञानिक एन। आई। बेकेटोव ने रासायनिक कैनेटीक्स का मूल कानून तैयार किया, जो प्रतिक्रिया की निर्भरता को स्थापित करता है। प्रतिक्रियाशील पदार्थों की एकाग्रता पर दर।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के समानुपाती होती है, जो प्रतिक्रिया समीकरण में उनके गुणांक के बराबर शक्तियों में ली जाती है।

इस कानून को . भी कहा जाता है सामूहिक कार्रवाई का कानून।

प्रतिक्रिया ए + बी \u003d डी के लिए, यह कानून निम्नानुसार व्यक्त किया जाएगा:

प्रतिक्रिया 2A + B = D के लिए, यह नियम निम्नानुसार व्यक्त किया जाता है:

यहाँ C A, C B पदार्थ A और B (mol / l) की सांद्रता है; के 1 और के 2 - आनुपातिकता के गुणांक, प्रतिक्रिया के दर स्थिरांक कहलाते हैं।

प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का भौतिक अर्थ स्थापित करना मुश्किल नहीं है - यह संख्यात्मक रूप से प्रतिक्रिया दर के बराबर है जिसमें अभिकारकों की सांद्रता 1 mol / l है या उनका उत्पाद एक के बराबर है। इस मामले में, यह स्पष्ट है कि प्रतिक्रिया की दर स्थिर केवल तापमान पर निर्भर करती है और पदार्थों की एकाग्रता पर निर्भर नहीं करती है।

अभिनय जनता का कानून ठोस अवस्था में अभिकारकों की सांद्रता को ध्यान में नहीं रखता है, क्योंकि वे सतहों पर प्रतिक्रिया करते हैं और उनकी सांद्रता आमतौर पर स्थिर होती है।

उदाहरण के लिए, कोयले की दहन प्रतिक्रिया के लिए, प्रतिक्रिया दर के लिए अभिव्यक्ति निम्नानुसार लिखी जानी चाहिए:

यानी, प्रतिक्रिया दर केवल ऑक्सीजन एकाग्रता के समानुपाती होती है।

यदि प्रतिक्रिया समीकरण केवल समग्र रासायनिक प्रतिक्रिया का वर्णन करता है, जो कई चरणों में होता है, तो ऐसी प्रतिक्रिया की दर प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता पर जटिल तरीके से निर्भर हो सकती है। यह निर्भरता प्रयोगात्मक या सैद्धांतिक रूप से प्रस्तावित प्रतिक्रिया तंत्र के आधार पर निर्धारित की जाती है।

उत्प्रेरक की क्रिया

विशेष पदार्थों का उपयोग करके प्रतिक्रिया दर को बढ़ाना संभव है जो प्रतिक्रिया तंत्र को बदलते हैं और इसे कम सक्रियण ऊर्जा के साथ ऊर्जावान रूप से अधिक अनुकूल पथ के साथ निर्देशित करते हैं। उन्हें उत्प्रेरक कहा जाता है (लैटिन कटैलिसीस से - विनाश)।

उत्प्रेरक एक अनुभवी मार्गदर्शक के रूप में कार्य करता है, जो पर्यटकों के एक समूह का मार्गदर्शन करता है, न कि पहाड़ों में एक उच्च दर्रे के माध्यम से (इस पर काबू पाने के लिए बहुत प्रयास और समय की आवश्यकता होती है और सभी के लिए सुलभ नहीं है), लेकिन उसे ज्ञात चक्कर पथ के साथ, जिसके साथ आप पहाड़ को बहुत आसान और तेज पार कर सकते हैं।

सच है, एक चक्कर पर आप काफी नहीं पहुंच सकते हैं जहां मुख्य दर्रा जाता है। लेकिन कभी-कभी ठीक वही होता है जिसकी आपको आवश्यकता होती है! इस प्रकार उत्प्रेरक, जिन्हें चयनात्मक कहा जाता है, कार्य करते हैं। यह स्पष्ट है कि अमोनिया और नाइट्रोजन को जलाने की कोई आवश्यकता नहीं है, लेकिन नाइट्रिक ऑक्साइड (II) नाइट्रिक एसिड के उत्पादन में उपयोग करता है।

उत्प्रेरक- ये ऐसे पदार्थ हैं जो रासायनिक प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं और इसकी गति या दिशा बदलते हैं, लेकिन प्रतिक्रिया के अंत में मात्रात्मक और गुणात्मक रूप से अपरिवर्तित रहते हैं।

उत्प्रेरक की सहायता से किसी रासायनिक अभिक्रिया की दर या उसकी दिशा में परिवर्तन उत्प्रेरण कहलाता है। उत्प्रेरक का व्यापक रूप से विभिन्न उद्योगों और परिवहन में उपयोग किया जाता है (उत्प्रेरक कन्वर्टर्स जो कार निकास गैसों में नाइट्रोजन ऑक्साइड को हानिरहित नाइट्रोजन में परिवर्तित करते हैं)।

उत्प्रेरण दो प्रकार का होता है।

सजातीय उत्प्रेरण, जिसमें उत्प्रेरक और अभिकारक दोनों एकत्रीकरण (चरण) की एक ही अवस्था में होते हैं।

विषम उत्प्रेरणजहां उत्प्रेरक और अभिकारक विभिन्न चरणों में होते हैं। उदाहरण के लिए, एक ठोस मैंगनीज (IV) ऑक्साइड उत्प्रेरक की उपस्थिति में हाइड्रोजन पेरोक्साइड का अपघटन:

प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप उत्प्रेरक का उपभोग नहीं किया जाता है, लेकिन यदि अन्य पदार्थ इसकी सतह पर सोख लिए जाते हैं (उन्हें उत्प्रेरक जहर कहा जाता है), तो सतह निष्क्रिय हो जाती है, और उत्प्रेरक पुनर्जनन की आवश्यकता होती है। इसलिए, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया करने से पहले, प्रारंभिक सामग्री को अच्छी तरह से शुद्ध किया जाता है।

उदाहरण के लिए, संपर्क विधि द्वारा सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में, एक ठोस उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है - वैनेडियम (वी) ऑक्साइड वी 2 ओ 5:

मेथनॉल के उत्पादन में, एक ठोस "जस्ता-क्रोमियम" उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है (8ZnO Cr 2 O 3 x CrO 3):

जैविक उत्प्रेरक - एंजाइम - बहुत प्रभावी ढंग से काम करते हैं। रासायनिक प्रकृति से, ये प्रोटीन हैं। उनके लिए धन्यवाद, कम तापमान पर रहने वाले जीवों में जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाएं तेज गति से आगे बढ़ती हैं।

अन्य दिलचस्प पदार्थ ज्ञात हैं - अवरोधक (लैटिन से अवरोधक - देरी के लिए)। वे सक्रिय कणों के साथ उच्च दर पर प्रतिक्रिया करके निष्क्रिय यौगिक बनाते हैं। नतीजतन, प्रतिक्रिया तेजी से धीमी हो जाती है और फिर रुक जाती है। अवांछित प्रक्रियाओं को रोकने के लिए अवरोधकों को अक्सर विभिन्न पदार्थों में विशेष रूप से जोड़ा जाता है।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन पेरोक्साइड समाधान अवरोधकों के साथ स्थिर होते हैं।

अभिकारकों की प्रकृति (उनकी संरचना, संरचना)

अर्थ सक्रियण ऊर्जावह कारक है जिसके माध्यम से प्रतिक्रिया दर पर प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की प्रकृति का प्रभाव प्रभावित होता है।

यदि सक्रियण ऊर्जा कम है (< 40 кДж/моль), то это означает, что значительная часть столкнове­ний между частицами реагирующих веществ при­водит к их взаимодействию, и скорость такой ре­акции очень большая. Все реакции ионного обмена протекают практически мгновенно, ибо в этих ре­акциях участвуют разноименно заряженные ионы, и энергия активации в данных случаях ничтожно мала.

यदि सक्रियण ऊर्जा अधिक है(> 120 kJ/mol), इसका मतलब है कि परस्पर क्रिया करने वाले कणों के बीच टकराव का केवल एक नगण्य हिस्सा प्रतिक्रिया की ओर ले जाता है। इसलिए इस तरह की प्रतिक्रिया की दर बहुत धीमी है। उदाहरण के लिए, सामान्य तापमान पर अमोनिया संश्लेषण प्रतिक्रिया की प्रगति को नोटिस करना लगभग असंभव है।

यदि रासायनिक प्रतिक्रियाओं की सक्रियता ऊर्जा में मध्यवर्ती मान (40120 kJ/mol) हैं, तो ऐसी प्रतिक्रियाओं की दर औसत होगी। इस तरह की प्रतिक्रियाओं में पानी या एथिल अल्कोहल के साथ सोडियम की बातचीत, एथिलीन के साथ ब्रोमीन पानी का रंग बदलना, हाइड्रोक्लोरिक एसिड के साथ जस्ता की बातचीत आदि शामिल हैं।

अभिकारकों की संपर्क सतह

पदार्थों की सतह पर होने वाली प्रतिक्रियाओं की दर, यानी विषम, निर्भर करती है, अन्य चीजें इस सतह के गुणों पर निर्भर करती हैं। यह ज्ञात है कि पाउडर चाक, चाक के बराबर द्रव्यमान के टुकड़े की तुलना में हाइड्रोक्लोरिक एसिड में बहुत तेजी से घुलता है।

प्रतिक्रिया दर में वृद्धि मुख्य रूप से के कारण होती है प्रारंभिक पदार्थों की संपर्क सतह में वृद्धि, साथ ही कई अन्य कारण, उदाहरण के लिए, "सही" क्रिस्टल जाली की संरचना का उल्लंघन। यह इस तथ्य की ओर जाता है कि गठित माइक्रोक्रिस्टल की सतह पर कण "चिकनी" सतह पर समान कणों की तुलना में बहुत अधिक प्रतिक्रियाशील होते हैं।

उद्योग में, विषम प्रतिक्रियाओं को अंजाम देने के लिए, अभिकारकों की संपर्क सतह, प्रारंभिक सामग्री की आपूर्ति और उत्पादों को हटाने के लिए एक "द्रवयुक्त बिस्तर" का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक "द्रवयुक्त बिस्तर" की सहायता से सल्फ्यूरिक एसिड के उत्पादन में, पाइराइट को भुना जाता है।

परीक्षा उत्तीर्ण करने के लिए संदर्भ सामग्री:

आवर्त सारणी

घुलनशीलता तालिका

अवधारणा को परिभाषित करते समय रासायनिक प्रतिक्रिया दरसजातीय और विषम प्रतिक्रियाओं के बीच अंतर करना आवश्यक है। यदि अभिक्रिया एक समांगी निकाय में होती है, उदाहरण के लिए, किसी विलयन में या गैसों के मिश्रण में, तो यह निकाय के पूरे आयतन में होती है। एक सजातीय प्रतिक्रिया की दरकिसी पदार्थ की मात्रा कहलाती है जो किसी प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है या प्रणाली के एक इकाई आयतन में प्रति इकाई समय प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनती है। चूँकि किसी पदार्थ के मोलों की संख्या और उसके वितरण के आयतन का अनुपात पदार्थ की दाढ़ सान्द्रता है, एक समांगी प्रतिक्रिया की दर को भी इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है किसी भी पदार्थ की प्रति इकाई समय में एकाग्रता में परिवर्तन: प्रारंभिक अभिकर्मक या प्रतिक्रिया उत्पाद. यह सुनिश्चित करने के लिए कि गणना का परिणाम हमेशा सकारात्मक होता है, चाहे वह किसी अभिकर्मक या उत्पाद द्वारा निर्मित हो, सूत्र में "±" चिह्न का उपयोग किया जाता है:

प्रतिक्रिया की प्रकृति के आधार पर, समय न केवल सेकंड में व्यक्त किया जा सकता है, जैसा कि एसआई प्रणाली द्वारा आवश्यक है, बल्कि मिनटों या घंटों में भी व्यक्त किया जा सकता है। प्रतिक्रिया के दौरान, इसकी दर का मूल्य स्थिर नहीं होता है, लेकिन लगातार बदलता रहता है: यह घट जाता है, क्योंकि प्रारंभिक पदार्थों की सांद्रता कम हो जाती है। उपरोक्त गणना एक निश्चित समय अंतराल Δτ = τ 2 - τ 1 पर प्रतिक्रिया दर का औसत मान देती है। वास्तविक (तात्कालिक) गति को उस सीमा के रूप में परिभाषित किया जाता है जिससे अनुपात से/ → 0 पर, अर्थात वास्तविक वेग सांद्रता के समय व्युत्पन्न के बराबर होता है।

एक प्रतिक्रिया के लिए जिसके समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांक होते हैं जो एकता से भिन्न होते हैं, विभिन्न पदार्थों के लिए व्यक्त दर मान समान नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया A + 3B \u003d D + 2E के लिए, पदार्थ A की खपत एक मोल है, पदार्थ B तीन मोल है, पदार्थ E का आगमन दो मोल है। इसीलिए υ (ए) = υ (बी) = υ (डी) = ½ υ (ई) या υ (इ) । = υ (पर) ।

यदि एक प्रतिक्रिया उन पदार्थों के बीच होती है जो एक विषम प्रणाली के विभिन्न चरणों में होते हैं, तो यह केवल इन चरणों के इंटरफेस पर ही हो सकता है। उदाहरण के लिए, अम्ल विलयन और धातु के टुकड़े की परस्पर क्रिया केवल धातु की सतह पर होती है। विषमांगी अभिक्रिया की दरकिसी पदार्थ की मात्रा कहलाती है जो एक प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है या चरणों के बीच इंटरफ़ेस की प्रति इकाई समय प्रति प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनती है:

.

अभिकारकों की सांद्रता पर रासायनिक प्रतिक्रिया की दर की निर्भरता को सामूहिक क्रिया के नियम द्वारा व्यक्त किया जाता है: एक स्थिर तापमान पर, एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर प्रतिक्रिया समीकरण में इन पदार्थों के सूत्रों में गुणांक के बराबर शक्तियों के लिए उठाए गए अभिकारकों की दाढ़ सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक होती है।. फिर प्रतिक्रिया के लिए

2ए + बी → उत्पाद

अनुपात υ ~ · सेए 2 सेबी, और समानता के लिए संक्रमण के लिए, आनुपातिकता का गुणांक पेश किया जाता है क, बुलाया प्रतिक्रिया दर स्थिर:

υ = क· सेए 2 सेबी = क[ए] 2 [वी]

(सूत्रों में दाढ़ सांद्रता को अक्षर के रूप में दर्शाया जा सकता है सेसंबंधित सूचकांक के साथ, और वर्ग कोष्ठक में संलग्न पदार्थ का सूत्र)। प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का भौतिक अर्थ 1 mol/l के बराबर सभी अभिकारकों की सांद्रता पर प्रतिक्रिया दर है। प्रतिक्रिया दर स्थिरांक का आयाम समीकरण के दाईं ओर कारकों की संख्या पर निर्भर करता है और -1 से हो सकता है; एस -1 (एल / एमओएल); s-1 (l 2 / mol 2), आदि, अर्थात्, किसी भी स्थिति में, गणना में, प्रतिक्रिया दर mol l -1 s -1 में व्यक्त की जाती है।

विषम प्रतिक्रियाओं के लिए, द्रव्यमान क्रिया के नियम के समीकरण में केवल उन पदार्थों की सांद्रता शामिल होती है जो गैस चरण में या समाधान में होते हैं। ठोस चरण में किसी पदार्थ की सांद्रता एक स्थिर मान है और दर स्थिरांक में शामिल है, उदाहरण के लिए, कोयला C + O 2 = CO 2 की दहन प्रक्रिया के लिए, सामूहिक क्रिया का नियम लिखा गया है:

υ = केआईकास्ट = क·,

कहाँ पे क= केआईस्थिरांक

उन प्रणालियों में जहां एक या अधिक पदार्थ गैस होते हैं, प्रतिक्रिया दर भी दबाव पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, जब हाइड्रोजन आयोडीन वाष्प H 2 + I 2 \u003d 2HI के साथ परस्पर क्रिया करता है, तो रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाएगी:

υ = क··.

यदि दबाव बढ़ा दिया जाता है, उदाहरण के लिए, 3 गुना, तो सिस्टम द्वारा कब्जा कर लिया गया वॉल्यूम उसी मात्रा से कम हो जाएगा, और परिणामस्वरूप, प्रत्येक प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता समान मात्रा में बढ़ जाएगी। इस मामले में प्रतिक्रिया की दर 9 गुना बढ़ जाएगी

प्रतिक्रिया दर की तापमान निर्भरतावान्ट हॉफ नियम द्वारा वर्णित है: तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, प्रतिक्रिया दर 2-4 गुना बढ़ जाती है. इसका मतलब यह है कि जैसे-जैसे तापमान तेजी से बढ़ता है, रासायनिक प्रतिक्रिया की दर तेजी से बढ़ती है। प्रगति सूत्र में आधार है प्रतिक्रिया दर तापमान गुणांक, यह दर्शाता है कि तापमान में 10 डिग्री की वृद्धि के साथ किसी दी गई प्रतिक्रिया की दर कितनी बार बढ़ जाती है (या, वही, दर स्थिर क्या है)। गणितीय रूप से, वान्ट हॉफ नियम सूत्रों द्वारा व्यक्त किया जाता है:

या

जहां और प्रारंभिक पर क्रमशः प्रतिक्रिया दर हैं टी 1 और अंतिम टी 2 तापमान। वैंट हॉफ के नियम को इस प्रकार भी व्यक्त किया जा सकता है:

; ; ; ,

जहां और क्रमशः, तापमान पर प्रतिक्रिया की दर और दर स्थिर होती है टी; और तापमान पर समान मान हैं टी +10एन; एन"दस-डिग्री" अंतराल की संख्या है ( एन =(टी 2 –टी 1)/10) जिसके द्वारा तापमान बदल गया है (एक पूर्णांक या भिन्नात्मक संख्या, धनात्मक या ऋणात्मक हो सकता है)।

समस्या समाधान के उदाहरण

उदाहरण 1यदि दबाव को दोगुना कर दिया जाए तो एक बंद बर्तन में आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया 2СО + 2 = 2СО 2 की दर कैसे बदल जाएगी?

समाधान:

निर्दिष्ट रासायनिक प्रतिक्रिया की दर अभिव्यक्ति द्वारा निर्धारित की जाती है:

υ प्रारंभ = क· [सीओ] 2 · [ओ 2]।

दबाव में वृद्धि से दोनों अभिकर्मकों की एकाग्रता में 2 के कारक की वृद्धि होती है। इसे ध्यान में रखते हुए, हम सामूहिक कार्रवाई के नियम के लिए अभिव्यक्ति को फिर से लिखते हैं:

υ 1 = क 2 = क 2 2 [सीओ] 2 2 [ओ 2] \u003d 8 क[सीओ] 2 [ओ 2] \u003d 8 υ जल्दी

उत्तर:प्रतिक्रिया दर 8 गुना बढ़ जाएगी।

उदाहरण 2गणना करें कि यदि सिस्टम का तापमान 20 डिग्री सेल्सियस से 100 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ा दिया जाता है, तो प्रतिक्रिया दर कितनी बार बढ़ेगी, प्रतिक्रिया दर के तापमान गुणांक का मान 3 माना जाता है।

समाधान:

दो अलग-अलग तापमानों पर प्रतिक्रिया दर का अनुपात सूत्र द्वारा तापमान गुणांक और तापमान परिवर्तन से संबंधित है:

गणना:

उत्तर:प्रतिक्रिया दर 6561 गुना बढ़ जाएगी।

उदाहरण 3सजातीय प्रतिक्रिया A + 2B = 3D का अध्ययन करते समय, यह पाया गया कि प्रतिक्रिया के 8 मिनट के भीतर, रिएक्टर में पदार्थ A की मात्रा 5.6 mol से घटकर 4.4 mol हो गई। प्रतिक्रिया द्रव्यमान की मात्रा 56 l थी। पदार्थ ए, बी और डी के लिए अध्ययन की अवधि के लिए रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर की गणना करें।

समाधान:

हम "रासायनिक प्रतिक्रिया की औसत दर" की अवधारणा की परिभाषा के अनुसार सूत्र का उपयोग करते हैं और संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करते हैं, अभिकर्मक ए के लिए औसत दर प्राप्त करते हैं:

यह प्रतिक्रिया समीकरण से निम्नानुसार है कि, पदार्थ ए के नुकसान की दर की तुलना में, पदार्थ बी के नुकसान की दर दोगुनी बड़ी है, और उत्पाद डी की मात्रा में वृद्धि की दर तीन गुना अधिक है। फलस्वरूप:

υ (ए) = ½ υ (बी) = ⅓ υ (डी)

और फिर υ (बी) = 2 υ (ए) \u003d 2 2.68 10 -3 \u003d 6. 36 10 -3 मोल एल -1 मिनट -1;

υ (डी) = 3 υ (ए) = 3 2.68 10 -3 = 8.04 10 -3 मोल एल -1 मिनट -1

उत्तर: यू(ए) = 2.68 10 -3 मोल एल -1 मिनट -1; υ (बी) = 6.36 10-3 मोल एल-1 मिनट-1; υ (डी) = 8.04 10-3 मोल एल-1 मिनट-1।

उदाहरण 4सजातीय प्रतिक्रिया A + 2B → उत्पादों की दर स्थिरांक निर्धारित करने के लिए, पदार्थ B की विभिन्न सांद्रता पर दो प्रयोग किए गए और प्रतिक्रिया दर को मापा गया।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया की दर को सिस्टम की निरंतर मात्रा के साथ प्रति इकाई समय में किसी एक प्रतिक्रियाशील पदार्थ की एकाग्रता में परिवर्तन के रूप में समझा जाता है।

आमतौर पर, एकाग्रता mol/L और समय सेकंड या मिनट में व्यक्त किया जाता है। यदि, उदाहरण के लिए, अभिकारकों में से एक की प्रारंभिक सांद्रता 1 mol / l थी, और प्रतिक्रिया की शुरुआत से 4 s के बाद यह 0.6 mol / l हो गई, तो औसत प्रतिक्रिया दर (1-0.6) के बराबर होगी। / 4 \u003d 0, 1 मोल/(एल*एस)।

औसत प्रतिक्रिया दर की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:

रासायनिक प्रतिक्रिया की दर निर्भर करती है:

अभिकारकों की प्रकृति।

समाधान में ध्रुवीय बंधन वाले पदार्थ तेजी से बातचीत करते हैं, यह इस तथ्य के कारण है कि समाधान में ऐसे पदार्थ आयन बनाते हैं जो आसानी से एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं।

गैर-ध्रुवीय और निम्न-ध्रुवीय सहसंयोजक बंधन वाले पदार्थ अलग-अलग दरों पर प्रतिक्रिया करते हैं, यह उनकी रासायनिक गतिविधि पर निर्भर करता है।

एच 2 + एफ 2 = 2 एचएफ (कमरे के तापमान पर विस्फोट के साथ बहुत तेजी से जाता है)

एच 2 + बीआर 2 \u003d 2 एचबीआर (गर्म होने पर भी धीरे-धीरे जाता है)

अभिकारकों के सतही संपर्क मान (विषम के लिए)

प्रतिक्रियाशील सांद्रता

प्रतिक्रिया दर उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक की शक्ति के लिए उठाए गए अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के सीधे आनुपातिक है।

तापमान

तापमान पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता वान्ट हॉफ नियम द्वारा निर्धारित की जाती है:

हर 10 . के तापमान में वृद्धि के साथ 0 अधिकांश प्रतिक्रियाओं की दर 2-4 गुना बढ़ जाती है।

उत्प्रेरक की उपस्थिति

उत्प्रेरक ऐसे पदार्थ हैं जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को बदलते हैं।

उत्प्रेरक की उपस्थिति में अभिक्रिया की दर में होने वाले परिवर्तन को कहते हैं उत्प्रेरण

दबाव

दबाव में वृद्धि के साथ, प्रतिक्रिया दर बढ़ जाती है (सजातीय के लिए)

प्रश्न संख्या 26. सामूहिक कार्रवाई कानून। गति स्थिर। सक्रियण ऊर्जा।

सामूहिक कार्रवाई कानून।

वह दर जिस पर पदार्थ एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, उनकी एकाग्रता पर निर्भर करता है

गति स्थिर।

एक रासायनिक प्रतिक्रिया के गतिज समीकरण में आनुपातिकता का गुणांक, एकाग्रता पर प्रतिक्रिया दर की निर्भरता को व्यक्त करता है

दर स्थिरांक अभिकारकों की प्रकृति और तापमान पर निर्भर करता है, लेकिन उनकी सांद्रता पर निर्भर नहीं करता है।

सक्रियण ऊर्जा।

वह ऊर्जा जो प्रतिक्रियाशील पदार्थों के अणुओं (कणों) को सक्रिय में बदलने के लिए प्रदान की जानी चाहिए

सक्रियण ऊर्जा अभिकारकों की प्रकृति और उत्प्रेरक की उपस्थिति में परिवर्तन पर निर्भर करती है।

एकाग्रता में वृद्धि से अणुओं की कुल संख्या बढ़ जाती है, और, तदनुसार, सक्रिय कण।

प्रश्न संख्या 27. प्रतिवर्ती और अपरिवर्तनीय प्रतिक्रियाएं। रासायनिक संतुलन, संतुलन स्थिरांक। ले चेटेलियर का सिद्धांत।

वे अभिक्रियाएँ जो केवल एक दिशा में आगे बढ़ती हैं और आरंभिक पदार्थों के अंतिम रूप में पूर्ण परिवर्तन के साथ समाप्त होती हैं, अपरिवर्तनीय कहलाती हैं।

प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं वे हैं जो एक साथ दो परस्पर विपरीत दिशाओं में आगे बढ़ती हैं।

उत्क्रमणीय अभिक्रियाओं के समीकरणों में, विपरीत दिशाओं में इंगित करने वाले दो तीर बाएँ और दाएँ पक्षों के बीच रखे जाते हैं। ऐसी प्रतिक्रिया का एक उदाहरण हाइड्रोजन और नाइट्रोजन से अमोनिया का संश्लेषण है:

3एच 2 + एन 2 \u003d 2एनएच 3

अपरिवर्तनीय ऐसी प्रतिक्रियाएं हैं, जिनके दौरान:

परिणामी उत्पाद अवक्षेपित होते हैं, या गैस के रूप में निकलते हैं, उदाहरण के लिए:

BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 + 2HCl

ना 2 CO 3 + 2HCl \u003d 2NaCl + CO 2 + H 2 O

जल निर्माण:

एचसीएल + NaOH = एच 2 ओ + NaCl

प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाएं अंत तक नहीं पहुंचती हैं और स्थापना के साथ समाप्त होती हैं रासायनिक संतुलन.

रासायनिक संतुलन प्रतिक्रिया करने वाले पदार्थों की एक प्रणाली की स्थिति है जिसमें आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दर समान होती है।

रासायनिक संतुलन की स्थिति प्रतिक्रियाशील पदार्थों की सांद्रता, तापमान और गैसों के दबाव से प्रभावित होती है। जब इनमें से एक पैरामीटर बदलता है, तो रासायनिक संतुलन गड़बड़ा जाता है।

निरंतर संतुलन।

एक प्रतिवर्ती रासायनिक प्रतिक्रिया की विशेषता वाला सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर संतुलन स्थिरांक K है। यदि हम मानी गई प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया A + D C + D के लिए संतुलन अवस्था में आगे और रिवर्स प्रतिक्रियाओं की दरों की समानता की स्थिति लिखते हैं - k1[A] बराबर [बी] बराबर = के 2 [सी] बराबर [डी] बराबर, जहां से [सी] बराबर [डी] बराबर / [ए] बराबर [बी] बराबर = के 1/के 2 = के, तो के के मूल्य को संतुलन कहा जाता है रासायनिक प्रतिक्रिया का स्थिरांक।

तो, संतुलन पर, अभिकारकों की सांद्रता के उत्पाद के लिए प्रतिक्रिया उत्पादों की एकाग्रता का अनुपात स्थिर है यदि तापमान स्थिर है (दर स्थिरांक k1 और k2 और, परिणामस्वरूप, संतुलन स्थिरांक K तापमान पर निर्भर करता है, लेकिन नहीं अभिकारकों की सांद्रता पर निर्भर करता है)। यदि प्रारंभिक पदार्थों के कई अणु प्रतिक्रिया में भाग लेते हैं और उत्पाद (या उत्पादों) के कई अणु बनते हैं, तो संतुलन स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति में पदार्थों की सांद्रता उनके स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के अनुरूप शक्तियों तक बढ़ जाती है। तो प्रतिक्रिया 3H2 + N2 2NH3 के लिए, संतुलन स्थिरांक के लिए अभिव्यक्ति K = 2 बराबर / 3 बराबर के रूप में लिखी जाती है। आगे और पीछे की प्रतिक्रियाओं की दरों के आधार पर संतुलन स्थिरांक प्राप्त करने की वर्णित विधि का उपयोग सामान्य मामले में नहीं किया जा सकता है, क्योंकि जटिल प्रतिक्रियाओं के लिए एकाग्रता पर दर की निर्भरता आमतौर पर एक साधारण समीकरण द्वारा व्यक्त नहीं की जाती है या ज्ञात नहीं है बिल्कुल भी। फिर भी, ऊष्मप्रवैगिकी में यह साबित होता है कि संतुलन स्थिरांक का अंतिम सूत्र सही निकला।

गैसीय यौगिकों के लिए, संतुलन स्थिरांक लिखते समय सांद्रता के बजाय दबाव का उपयोग किया जा सकता है; जाहिर है, इस मामले में स्थिरांक का संख्यात्मक मान बदल सकता है यदि समीकरण के दाएं और बाएं तरफ गैसीय अणुओं की संख्या समान नहीं है।

ले चेटेलियर का सिद्धांत।

यदि संतुलन में एक प्रणाली पर एक बाहरी प्रभाव बनाया जाता है, तो संतुलन को उस प्रतिक्रिया की दिशा में स्थानांतरित कर दिया जाता है जो इस प्रभाव का प्रतिकार करती है।

रासायनिक संतुलन इससे प्रभावित होता है:

तापमान परिवर्तन। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, संतुलन एक एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया की ओर बढ़ जाता है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, संतुलन एक एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया की ओर बढ़ जाता है।

दबाव में बदलाव। जैसे-जैसे दबाव बढ़ता है, संतुलन अणुओं की संख्या घटने की दिशा में बदल जाता है। जैसे-जैसे दबाव घटता है, संतुलन अणुओं की संख्या में वृद्धि की दिशा में बदल जाता है।